JP2013511678A

JP2013511678A - 静圧トルクコンバータおよびトルク増幅器

Info

Publication number: JP2013511678A
Application number: JP2012539437A
Authority: JP
Inventors: イアンマザーズノーマン
Original assignee: イアンマザーズノーマン
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2501950A2; CN106090065A; EP3718805A1; AU2019200036B2; AU2017202300B2; AU2010320606B2; US9400043B2; US20180094712A1; US20130067899A1; CN102753851A; WO2011061630A2; US20150128581A1; AU2010320606A1; CN102753851B; US10670125B2; AU2019200036A1; US9874270B2; EP2501950B1; EP2501950A4; WO2011061630A3

Abstract

一例は、羽根ポンプなどの流体装置をポンピングモードとポンピングしないモードとの間で切り替えることによって選択される連結および非連結モードで、回転入力および出力を回転させるように連結するか、あるいはその入力および出力を非連結にする流体制御可能な継ぎ手を含む。一例では、システムが変速機と協働し、いくつかの例で可能な歯車比の数を増大させる。

Description

本明細書は概して、回転継ぎ手、特に静圧トルクコンバータに関する。

優先権主張および関連出願
本主題は、２００９年１１月２０日に提出された米国仮特許出願第６１／２６３，２９５号と、２００９年１１月２０日に提出された米国仮特許出願第６１／２６３，３０４号に優先権を主張し、両出願の全文を参照により本明細書に組み込む。

本願は、２００７年６月１日に提出された国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００７／０００７７２号、公開第ＷＯ／２００７／１４０５１４号の「作動流体送出用羽根ポンプ」、２００６年５月１２日に提出された国際出願第ＰＣＴ／ＡＵ２００６／０００６２３号、公開第ＷＯ／２００６／１１９５７４号の「改良羽根ポンプ」、および２００４年７月１５日に提出された国際公開第ＰＣＴ／ＡＵ２００４／００９５１号、公開第ＷＯ／２００５／００５７８２号の「流体機械」に関し、それぞれの明細書の全文を参照により本明細書に組み込む。

図面は、本明細書で説明される種々の実施形態を例示により示す。図面は単なる例示目的であり、等縮尺ではない場合がある。

いくつかの例に係る静圧トルクコンバータの斜視図である。図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。いくつかの例に係る静圧トルクコンバータの断面図である。いくつかの実施形態に係る静圧トルクコンバータの上面図である。いくつかの実施形態に係る図３Ａの静圧トルクコンバータの正面図である。３Ｃ−３Ｃ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。３Ｃ−３Ｃ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。３Ｅ−３Ｅ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。３Ｆ−３Ｆ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの部分断面図である。３Ｇ−３Ｇ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの部分断面図である。４Ａ−４Ａ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。４Ｂ−４Ｂ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。５−５線に沿った図３Ａの継ぎ手のバランスピストンの部分断面図である。図２の継ぎ手の入力および出力の一部分の斜視図である。いくつかの例に係る羽根を拡張および退避させるピンを有する回転群の断面図を含んだ流体継ぎ手の概略図である。いくつかの例に係る歯車本体を有する流体継ぎ手の斜視図である。図８Ａの８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図である。第１の動作条件に関連する実験値を示す表である。第１の動作条件に関連する実験値を示す表である。第１の動作条件に関連する実験値を示す表である。いくつかの実施形態に係る継ぎ手非係合の動作でのトルク増幅器を示す。いくつかの実施形態に係る駆動動作モードでのトルク増幅器を示す。いくつかの実施形態に係る制動動作モードでのトルク増幅器を示す。いくつかの実施形態に係る回生制動動作モードでのトルク増幅器を示す。いくつかの実施形態に係る第１の動作モードでのトルク増幅器を示す。いくつかの例に係るトルク増幅器を含む車両を示す。いくつかの実施形態に係る電気モータによって最終的に駆動される負荷を示す。一つの例に係るローラ先端を含む羽根の斜視図である。図１９Ａの底面図である。図１９Ａの上面図である。図１９Ａの正面図である。図１９Ａの側面図である。１９Ｆ−１９Ｆ線に沿った断面の図１９Ｂの斜視図である。図１９Ｆの底面図である。

ここでは、継ぎ手が継ぎ手の入力から継ぎ手の出力への回転運動を伝達する例を説明する。種々の例において、継ぎ手はパイロット信号などで流体制御されて、継ぎ手の入力の回転トルクが継ぎ手の出力に伝達されるように、継ぎ手のトルク入力および継ぎ手のトルク出力の固定を制御する。別のパイロット信号に応答して、継ぎ手は、継ぎ手の入力および継ぎ手の出力を固定せずに継ぎ手の入力および継ぎ手の出力を個々に回転させるように制御される。

種々の例において、継ぎ手は、継ぎ手の入力に連結される回転群と、継ぎ手の出力に連結される回転群ハウジングとを有する流体ポンプを含む。種々の例において、回転群ハウジング内で回転群を回転させることによって、いったん継ぎ手の入力と継ぎ手の出力との間の閾値トルクに達したら、ポンプは油を送出する。閾値トルクに達するまでポンプは油を送出せずに継ぎ手の入力から継ぎ手の出力にトルクを伝達するため、非常に効率的である。種々の例では、油の送出を通じて、損傷なく継ぎ手に過負荷を掛けることができる。いくつかの例では、送出される油が逃し弁を通って逃げる。いくつかの例では、逃し弁を調節することにより、伝達される最大量のトルクを調節することができる。

継ぎ手は、機械の冷却ファンの駆動、車両内のトルク伝達、工業機械でのトルク変速機の制御、または出力トルクを入力トルクから選択的に停止させることのできるその他の動作の実行など、様々な用途で有益である。継ぎ手は高トルクを効率的に伝達可能な流体装置を用いることによって、クラッチやトルクコンバータなどの従来設計を向上させる。いくつかの例では、経済的に製造できる羽根ポンプを使用する。

継ぎ手が継ぎ手の入力と継ぎ手の出力とを係合させて一緒に回転させるときにはほとんどあるいは全く効率に不利益を及ぼさないため、継ぎ手は効率的である。一緒に回転する際、ロックできないトルクコンバータでの損失のような流体損失はほとんどあるいは全くない。継ぎ手は、回転機械の選択的非係合を可能にすることによってさらに効率を向上させる。たとえば、パワーテークオフなど従来の機械のパワー出力は、何が接続されていようと、パワーテークオフの回転に一致して正常に回転する。継ぎ手は、パワー出力に連結される物の非係合を可能にすることによってエネルギーを節約してこれを改良する。いくつかの実施形態では、継ぎ手は、パイロット信号とタンクまたは容器への任意の排液管とのみを必要とする閉システムを使用する。いくつかの例は、伝達される最大トルクを制御する調節可能な逃し弁を含む。

本明細書は、マルチモードトルク増大システムの例を提示する。該システムは、エンジンまたは電気モータなどのトルク源を変速機または別のパワートレイン部品などの出力トルクに連結することができる。ポンプは、選択的にパワーを伝達する、あるいは将来の使用のためにパワーを吸収するため弁などで制御される。該システムは、トルク源とトルクで駆動される負荷との間に流体制御可能な継ぎ手を提供することによって従来の駆動設計を改良する。他のハイブリッド流体手法と異なり、場合により、流体制御可能な継ぎ手は、流体推力およびそれに関連する非効率性を低減または排除する改良構造を提供し、車両または産業駆動システムの性能を向上させる。

図１Ａは、いくつかの例に係る静圧トルクコンバータの斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿った断面図である。種々の実施形態は、チャンバー１０５を画定する本体１０４を回転させるように連結された入力軸１０２を含む。いくつかの例では、本体１０４は羽根ポンプ、羽根モータハウジング、またはリングなどのその一部である。さらなる例では、本体１０４は、ピストンポンプまたはモータ、あるいは歯車ポンプまたはモータなどの別の種類のポンプのハウジングである。本体１０４を回転させることで、回転群１０５、次いで出力１０３が回転する。いくつかの例では、このような回転は、回転群１０５が回転群１０５と本体１０４間で作動油などの流体に作動するモードに継ぎ手１００があるときに生じる。

本体１０４の回転が本体１０４と回転群１０５の間で流体に作動する動作モードでは、両者間の圧力が高レベルで維持されて、両者間の回転運動に抵抗することによって出力１０３に高トルクを付与する。本体１０４を有する継ぎ手から回転群１０５を解放して、入力１０２および出力１０３の個別の回転を可能にするため、回転群１０５と本体１０４を、回転群１０５が流体に作動しないモードに切り替えることによって、回転群１０５、ひいては出力１０３の回転を可能にする。

種々の実施形態において、回転群１０５は入口１１２と流体連通している。いくつかの例は、継ぎ手１００の一部を任意の排液管１１４と流体連通して配置する。入口１１２からの流体信号は、継ぎ手１００を、入力１０２が出力１０３に対して回転することができる第１のモードから、回転群１０５の抵抗により両者が連結して本体１０４を流体に作動させることによって流体を送出する第２のモードに切り替えることができる。種々の実施形態において、回転群１０５の作業面１０６は、第１のモードで展開されるか、あるいは第２のモードで退避される。展開モードでは、作業面１０６が流体に作動して本体１０４を回転させる。退避モードでは、作業面１０６が退避して流体にほとんどあるいは全く作動しないことによって本体１０４を回転群１０５に対して移動させる。リテーナ１１６は作業面１０６を展開または退避させるために使用される。いくつかの実施形態において、第１のモードでは羽根ポンプの羽根を展開させ、第２のモードでは羽根を退避させる。

種々の例は任意の遠隔圧力制御１２０を含む。いくつかの例では、遠隔圧力制御装置はバランスピストンの片側に連結され、ポンプ出力はバランスピストンの反対側と流体連通する。バランスピストンは、ポンプが油を送出するか否かを制御することができる。たとえば、遠隔圧力制御装置がある圧力に設定されていれば、バランスピストンは、継ぎ手吐出圧がその圧力よりも高くなり、遠隔圧力制御圧力を超えるようにバランスピストンを移動させるまで、継ぎ手吐出圧を上昇させる。バランスピストンが移動するにつれ、継ぎ手はタンクなどの排液管に排出することができる。このようにして、伝達される最大トルクは、遠隔圧力制御信号１２０を介して遠隔制御可能である。いくつかの例では、遠隔圧力制御装置は、継ぎ手入力１０２と継ぎ手出力１０３間のトルク差が所定の閾値を超える場合に油を送出させる主逃し弁に加えて使用される。

いくつかの例では、入口１１２、排液管１１４、および遠隔圧力制御１２０が継ぎ手ハウジング１１８に連結されるが、本主題はそのように限定されない。これらの例のうちのいくつかでは、入口１１２の信号を継ぎ手１００の適切な部分に誘導する種々のシールが使用される。追加のシールが、排液管１１４から出る余分な流体を誘導する。さらなるシールが、遠隔圧力制御装置をバランスピストンなどの弁に誘導する。排液管１１４は任意であり、いくつかの例は継ぎ手１００が排液管１１４を使用せずに動作するモードを制御する。いくつかの例では、継ぎ手１００の残りの部分を油槽内に走らせることでハウジング１１８が省略される。

追加の実施形態では、入口１１２は入力１０２および出力１０３の一方に連結される。いくつかの例では、排液管１１４は、入力１０２および出力１０３の他方に連結される。いくつかの例は、入口１１２と排液管１１４の両方を入力１０２および出力１０３の一方に連結する。なお、入力としての本体１０４の割当は限定的ではなく、本体は出力に連結することもできる。

本主題は、他のポンプの作業面が退避位置で保持される実施形態を含む。たとえば、リテーナはピストンポンプのピストンを保持して、ピストンがシリンダ孔内を移動して流体に作動するのを防ぐ。

図２は、いくつかの例に係る静圧トルクコンバータの断面図である。本実施形態では、回転群２０５が回転群２０５と本体２０４間で作動油などの流体に作動するモードに継ぎ手２００があるときに回転群を回転させるために入力軸２０２が回転群２０５に連結される。種々の実施形態は、チャンバー２０５を画定する本体２０４を回転させるために連結される出力軸２０２を含む。いくつかの例では、本体２０４は羽根ポンプまたは羽根モータハウジングである。別の例では、本体２０４は、ピストンポンプまたはモータ、あるいは歯車ポンプまたはモータなどの別のポンプのハウジングである。

回転群２０５の回転が本体２０４と回転群２０５との間で流体に作動する動作モードでは、両者間の圧力が高レベルで維持されて、両者間の回転運動に抵抗し、高トルクを出力２０３に付与する。回転群２０５を本体２０４を有する継ぎ手から解放して出力２０２および入力２０３の個別の回転を可能にするために、回転群２０５と本体２０４は、回転群２０５が流体に作動しないモードに切り替えられることによって、回転群２０５を回転させ、ひいては入力２０３を回転させる。

種々の実施形態において、回転群２０５は入口２１２に流体連通している。入口２１２からの流体信号は、継ぎ手２００を、出力２０２が入力２０３に対して回転することのできる第１のモードから、それらが回転群２０５の抵抗により連結されて、本体２０４に対して流体を作動させることで流体を送出する第２のモードへと切り換えることができる。種々の実施形態において、回転群２０５の作業面２０６は、第１のモードで展開されるか、あるいは第２のモードで退避される。展開モードでは、作業面２０６が流体に作動して本体２０４を回転させる。退避モードでは、作業面２０６が退避して流体にほとんどあるいは全く作動しないことによって本体２０４を回転群２０５に対して移動させる。リテーナ２１６は、作業面２０６を展開または退避させるために使用される。いくつかの実施形態において、第１のモードでは羽根ポンプの羽根を展開させ、第２のモードでは羽根を退避させる。いくつかの例では、たとえば入力２０２が急速に回転しているときなど、慣性力によって作業面２０６が引き出されて本体２０４と接触する。

種々の例は任意の遠隔圧力制御２２０を含む。いくつかの例では、遠隔圧力制御装置がバランスピストンの片側に連結され、ポンプ出力はバランスピストンの他方の側と流体連通する。バランスピストンは、ポンプが油を送出できるか否かを制御する。たとえば、遠隔圧力制御装置がある圧力に設定されていれば、バランスピストンは、継ぎ手吐出圧がその圧力よりも高くなり、遠隔圧力制御圧力を超えるようにバランスピストンを移動させるまで、継ぎ手吐出圧を上昇させる。バランスピストンが移動するにつれ、継ぎ手はタンクなどの排液管に排出することができる。このようにして、伝達される最大トルクは、遠隔圧力制御信号２２０を介して遠隔制御可能である。いくつかの例では、遠隔圧力制御装置は、継ぎ手入力２０２と継ぎ手出力２０３間のトルク差が所定の閾値を超える場合に油を送出させる主逃し弁に加えて使用される。

いくつかの例では、入口２０８は継ぎ手ハウジング２１８に連結されるが、本主題はそのように限定されない。これらの実施形態では、継ぎ手２００の適切な部分に入口２１２の信号を誘導する種々のシールが使用される。いくつかの例では、油槽内に継ぎ手２００の残りの部分を走らせることで、ハウジング２１８が省略される。追加の実施形態では、入口１１２が出力軸２０２または入力軸２０３の一方に連結される。

図３Ａは、いくつかの実施形態に係る静圧トルクコンバータの上面図である。図３Ｂは、いくつかの実施形態に係る図３Ａの静圧トルクコンバータの正面図である。図３Ｃは、３Ｃ−３Ｃ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。図３Ｄは、３Ｃ−３Ｃ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。図３Ｅは、３Ｅ−３Ｅ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの断面図である。図３Ｆは、３Ｆ−３Ｆ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの部分断面図である。図３Ｇは、３Ｇ−３Ｇ線に沿った図３Ａの静圧トルクコンバータの部分断面図である。この詳細図は一実施形態に関するものだが、ピストンポンプまたは歯車ポンプなどの別のスタイルのポンプが使用される実施形態を含めその他の実施形態も可能である。

種々の実施形態は、継ぎ手およびトルク源に連結される入力１０を含む。出力１１はパワートレインに連結することができる。例は、入口と流体連通するチャンバー３０２を画定する本体１７と、流体継ぎ手３００の吐出圧とを含む。種々の実施形態は、チャンバー３０２内の軸を中心に回転するロータ９を含む回転群を含む。種々の実施形態において、ロータは、ロータの外側に沿って軸と平行に延びて且つチャンバーに対して開放される第１のスロット３０４と、第１のスロットに対向して且つチャンバーに対して開放される第２のスロットとを画定し、ロータはさらに、第１のスロットと流体連通するリテーナ経路を画定し、第１の羽根７は第１のスロットに配置され、第２の羽根７は第２のスロットに配置される。種々の実施形態は、リテーナ経路内に配置される流体制御リテーナを備えており、羽根退避動作モードにおいて第１の羽根を保持し、羽根拡張動作モードにおいて第１の羽根を解放し、第１の羽根および第２の羽根が本体に対して移動すると、第１の羽根および第２の羽根は、本体に接触して流体に対し流体作動するように拡張する。種々の例において、ポンプモータ出力軸１１は羽根拡張動作モードで推進される。

種々の実施形態は継ぎ手ハウジング１を含む。いくつかの例は二つの端体６０と、スリーブ６２とを含む。いくつかの封止する例は、流体を保持する回転シール５を含む。種々の例において、ポート２によりハウジング１に対する油の出入りが可能になる。いくつかの例では、流体が別個の容器に流入および該容器に流出することができる。もしくは、いくつかの例では、流体の動作と冷却に十分な流体を収容する大型ハウジングを使用する。継ぎ手３００は、流体を保持するハウジング１が使用される用途に限定されない。

いくつかの例では、ポート４は、羽根７を拘束および解放することによって駆動する継ぎ手３００に対して係合および非係合とすることができる。いくつかの例では、ポート４は、経路Ｐ1を通りブッシング８を介してロータ９に接続される。いくつかの例では、これにより、たとえば幅広部７０および幅狭部５８を含むリテーナ７１を移動させ、経路５４を通ってボール５２を少なくとも部分的に戻り止め５０へと移動させ、羽根７を保持することによって羽根７を拘束または解放することができる。羽根の退避または解放の一例は、同一出願人による、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／０１３３９４６号に記載されている。羽根を解放すれば、継ぎ手が流体ポンプとして作動しようとする。

いくつかの例では、ポート４は、羽根７を拘束および解放することによって駆動する継ぎ手３００に対して係合および非係合とすることができる。いくつかの例では、ポート４は、経路Ｐ1を通りブッシング８を介してロータ９に接続される。いくつかの例では、これにより、羽根７を拘束または解放することができる。羽根の退避または解放の一例は、同一出願人による、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公報第２００６／０１３３９４６号に記載されている。羽根を解放すれば、継ぎ手が流体ポンプとして作動しようとする。

種々の実施形態において、駆動軸１０はロータ９に接続される。いくつかの例では、駆動軸１０は軸受け１２、１５およびブッシング８内で回転する。いくつかの実施形態では、駆動軸は、電気モータまたはディーゼルエンジンなどの電源に接続されるように構成される。出力軸１１は、軸受け１３、１４およびブッシング１６内で回転する。軸受け用途は任意で、ブッシングと置き換えることができ、その逆も可である。いくつかの実施形態では、軸１１は、ポンプ継ぎ手リング１７に接続される。これらの実施形態のうちいくつかは、軸１１を摩耗板１８に連結する。さらなる実施形態では、軸１１をスラスト板１９に連結する。いくつかの例では、スラスト板１９は軸受け１５を保持する。いくつかの例は、アセンブリに整合と安定性を追加するために針ころ軸受け１４を含む。いくつかの例は、ネジなどの固定具で一つのアセンブリに部品を保持する。いくつかの例では、ハウジング２０とナット２１がアセンブリを共に保持して、アセンブリを引き離そうとする動作中の油からの高圧に抵抗する。

一動作モードでは、継ぎ手３００が回転軸上の羽根７を解放させる結果、羽根７が流体に作動して流体を送出する。しかしながら、ポンプチャンバーから逃れた流体は、たとえば高圧などの所定圧力まで較正された逃し弁に対して流体を無理に押し進めることによって抵抗を受ける。なお、ポンピングはほとんど発生しないため、羽根ポンプの場合よりも部分的な摩耗は問題にならない。いくつかの例では、入力エネルギーへの抵抗は出力軸１１に伝達される。いくつかの例では、供給されるエネルギーは、いくらかの漏れがある場合、油の圧力とリングの変位量とに等しいか、あるいは略等しい。この構造では、トルク＝圧力＊変位量／２＊Ｐｉである。

ポート３は、いくつかの例では、穴６に配置されるような安全圧力逃し弁の遠隔制御を提供する。図５を参照すると、継ぎ手３００内の圧力制御は、チャンバー６に配置されるバランスピストン２１を制御することによって実行される。種々の例において、バランスピストン２１は、１つ以上のポンプチャンバーからの制御不能な自由な流体流を防止する。いくつかの例では、ピストン２１がバネ２２によって保持されるが、本主題はそのように限定されない。

いくつかの例では、継ぎ手からの油の流出を阻止するために、ポート２４および孔２５を介してピストン２１の両端に圧力が印加される。このような構造はスプールを適所に保持する小さな力をバネに与えて、チャンバー６から排液管２３へと漏れる油を遮断する。いくつかの例では、経路Ｐ２を介した圧力の遠隔制御で、調節可能な圧力制御またはピストン２１の吐出／吸戻しが可能である。他の制御も可能である。いくつかの例では、スプール２１をバネ２２に押し付ける油の力によって、システムは流体をポート２４から排液管ポート２３に逃がすことができる。いくつかの例では、ポート２３はより小さな圧力で吸引を提供する。いくつかの例では、遠隔圧力制御は最大２０００ポンド／平方インチ（１３.８ＭＰａ)まで制御可能である。いくつかの例では、遠隔圧力制御は０.７５ミリメートルの孔を介して提供される。

種々の例において、入力駆動軸１０は、エネルギーを軸１１にかかる力によって抵抗を受ける動水力に変換する。この動水力は、リング、圧力板、およびスラスト板によって構成されるロータに対して流体に作動する羽根に捕捉された流体から生成されて、軸１１を回転させる。

本主題はコンパクトな継ぎ手を提供する。いくつかの例では、１００馬力の継ぎ手は、クラッチの同等板やトルクコンバータなどの低圧流体継ぎ手よりも名目上小さな径の６インチ（１５．２ｃｍ)を有する。本主題はクラッチの熱損傷を起こさない。失速時、継ぎ手は安全圧力逃し弁を通って放出することができ、入力と出力の一方または両方に連結される機械の「熱損傷」または損傷を防止する。本実施形態は、信頼性のために緩い設計許容誤差を必要とするトルクコンバータなどの従来の流体継ぎ手よりも効率性の高い、法人組織の選択する製造許容誤差として効率的である。

図７は、いくつかの例に係る、羽根を拡張および退避させるピンを有する回転群の断面図を含んだ流体継ぎ手７００の概略図である。回転群７０５は作業面７０６（たとえば、図示される羽根）を有し、作業面７０６は、流体圧力アシスト信号７０４によるアシストを受けることにより、回転群から離れて拡張し、出力７０３に連結される本体と接する。流体圧力アシストは、作業面７０６またはその一部を拡張させるのに必要なすべての力を供給することができ、残りは入力７０２の高速回転中に受ける慣性力によって供給される。いくつかの例では、ピン７０８が作業面７０６の内側に対して連結され、作業面７０６を出力軸７０３に連結される本体に押し付ける。種々の実施形態において、入口信号７１２が、１つ以上の作業面７０６を退避位置に係止する、あるいは作業面が拡張できるようにリテーナを解除するため、リテーナの拡張または退避を制御するのに追加される。

いくつかの例は、ピン７０８を拡張させるために一以上のアシスト信号７０４の加圧を制御する弁７１４を含む。図示されるモードでは、弁は、たとえば漏れや排液管への方向を通じて、作業面が退避されて入口信号７１２で係止されるように、アシスト信号７０４を減圧するように調節される。第２のモードでは、弁７１４は、たとえば漏れや排液管を通じて入口信号７１２を減圧し、アシスト圧力源７１６を使用してアシスト信号７０４を加圧し流体をピン７０８に押し付け、出力軸７０３に連結される本体に接触するように作業面７０６を外側に促すことによって、回転群７０５と本体間に配置される流体に作業面７０６を作動させるように調節する。

図８Ａは、いくつかの例に係る歯車本体を有する流体継ぎ手の斜視図である。図８Ｂは、図８Ａの８Ｂ−８Ｂ線に沿った断面図である。種々の例において、作業面８０６を拡張させて、歯車面などの面８０７を有する本体８０４に対して作動流体を作動させて、面８０７を介してパワーを出力させることにより、入力８０２の回転は止めることができる。図示される例では、面８０７は、別の歯車面８０９と連動して歯車面８０９を回転させることにより出力８０３を回転させる歯車を含む。

歯車システム８００は多数の用途で有用である。たとえば、ある用途では、入力８０２は、エンジンの回転中に回転するようにエンジンに固定される。出力８０３は、スーパーチャージャの回転子を回転させるようにスーパーチャージャに任意で連結される。種々の例において、作業面８０６が本体８０４に対して作動流体を作動させることができるようにパイロット信号を提供することによって、両者間に流体抵抗が生じ、その結果、面８０９と同期して本体８０４が回転して出力８０３が回転する。このように、パイロット信号を提供することでスーパーチャージャの始動および停止を行うことができる。種々の例では、切換のために弁などの装置を使用して、スーパーチャージャが停止中に吸気を供給することができる。

したがって、一つの利点は、歯車システム８００を始動および停止させることができる点である。歯車が使用されていないとき、たとえば、一部の歯車のみが一部の時間使用されている自動車の変速機の実施形態では、歯車の回転を実質上減速または停止させて、油槽内などの歯車システム８００の回転による風損を低減または除去することによって効率を高めることができる。

図９は、第１の動作状態に関連する実験値を示す表である。この表は、歯車モータトポロジに歯車ポンプを使用して、歯車モータトポロジに圧力補償ピストンポンプを使用して、およびここに開示されるような継ぎ手の実施形態を使用してファンを駆動するのに必要なパワーを示す。これらの例のうちいくつかでは、入力軸がクランク軸などの機械の回転部材に連結され、信号が供給されると、リテーナが羽根などの作業面を解放して、両者が流体に作動し、継ぎ手を係止して出力軸、ひいてはファンの羽根を回転させることができる。歯車ポンプ／歯車モータの設計が示すように、全速時、一部は非効率性のために大量のパワーが使用される。なお、システムは常時運転するようなサイズに設定されることによって、ファンの冷却が不要であるときはパワーを浪費する。図１０では、三つのトポロジの性能が半ファン回転速度で示されている。このような状態は継ぎ手に提供される圧力を調節することによって可能であるため、その圧力によって継ぎ手がモータまたはポンプとして動作し、入力の回転よりも高速または低速で出力に装着されたファンを実質上回転させる。実験結果が示すように、継ぎ手の実施形態はピストンの実施形態とほぼ同じくらい効率的である。図１１では、継ぎ手の実施形態が、本明細書に記載される改善のために他のトポロジよりも効率的である。

本主題は正確な制御から恩恵を得る。いくつかの実施形態では、圧力解放設定の調整によって実行されるプログラム可能なトルク設定の結果、所定の失速点に至る。このようなプログラム可能な失速点は固定させる、あるいは、逃し弁設定と遠隔の従来の機能無効逃し弁とを関連させることによって遠隔で設定することができる。別の利点は、所望の最大トルクと一致するように逃し弁設定を変動させることによる制御された加速または減速である。このような実施形態では、開始および停止トルクは、機械に損傷を負わせる可能性のある高ピークトルクレベルを制限するように低減させることができる。

図１２は、いくつかの実施形態に係る継ぎ手非係合の動作でのトルク増幅器を示す。種々の実施形態はトルク源１２０２を含む。トルク源は、ディーゼルエンジンなどのエンジンや電気モータなどを含むが、それらに限定されない任意のソースであってもよい。いくつかの例では、トルク源は、動作の際に様々な速度で運転することを目的とした速度可変トルク源である。例えば、長距離輸送トラック、オフロード車、および列車などの車両を移動させるために使用されるディーゼルエンジンを含む。追加の実施形態では、トルク源１２０２は、産業用誘導モータなど、動作時に一定速度で運転することを目的とする。

種々の実施形態は、トルク源１２０２をパワートレイン１２０６に連結する流体継ぎ手１２０４を含む。流体継ぎ手の一例が図２５〜２７に示されるが、本主題はそのように限定されず、本明細書に開示されるその他の流体継ぎ手にも適用される。本明細書で述べるように、流体継ぎ手１２０４は、非保持モードにおいて、継ぎ手を通じて作動流体に作動する１２０５作業面を保持するリテーナを含む。種々の例において、パイロット信号１２０３はリテーナを制御するために使用される。システム１２００は、ディジタル制御ピストンポンプなどの流体ポンプモータ１２０８を含む。ポンプモータ１２０８は、電子的に、圧力補償で、レバーで、またはディジタルで、などを含むがそれらに限定されない種々の方法によって制御することができる。ポンプ１２０８はパワートレイン１２０６に連結される出力軸１２１０を含み、流体ポンプは流体継ぎ手１２０４の吐出圧１２１４と流体連通するポンプモータ入口１２１２と、流体継ぎ手１２０４の吐出圧１２１４から流体１２１６を受け取り出力軸１２１０を推進するポンプモータ１２０８とを含む。

種々の例は、システム１２００の動作を制御する弁１２１８を含む。任意のアキュムレータ１２２０は加圧流体を保管することができる。いくつかの例では、任意のシャトル弁１２２２により流体１２１６の一方向流を確保する。いくつかの例は、流体を保管する容器を含む。排液管１２２６は任意で、容器１２２４または他の流体保管装置に戻る。

種々の例において、パワートレイン１２０６は変速機１２２８を含む。変速機に関係する際にシステム１２００にはいくつかの利点がある。図１２では、継ぎ手１２０４は、入力１２０２を出力軸１２０７に対して回転させるように構成される。これは、車両にとっての中立的状態と同等である。ポンプ１２０８は、この状態でわずかに、あるいは完全にストロークさせることができる。入口圧力がほとんどないため、ストロークの程度はわずかである。

図１３は、いくつかの実施形態に係る駆動動作モードでのトルク増幅器を示す。図示される動作モードは定常状態駆動状態に対応する。入力軸１２０２へのトルクは、ロスをほとんどあるいは全く生じずに出力軸１２０７に伝達される。継ぎ手１２０４は機械軸として有効に作動する。仮に問題が生じたとしても、逃し弁１２３０により、クラッチが滑るように継ぎ手１２０４を滑らせることができる。追加の実施形態では、逃し弁１２３０は、継ぎ手１２０４のトルク出力の大きさを制御するために使用される。

図１３に示される状態に到達する際、多数の有益な動作が発生する。いくつかの例では、第１の歯車が選択される前に、エンジンなどのトルク源１２０２がたとえば１５００ｒｐｍで回転する。第１の歯車がたとえば変速機１２２８を第１の歯車に配置することで選択される際、流体継ぎ手は羽根などの作業面を解放して、流体継ぎ手１２０４は流体１２１６に対してポンプのように動く。弁１２１８がそのように調節されれば、流体継ぎ手１２０４は流体１２１６をポンプ１２０８に送出し始める。ポンプは流体１２０８を受け入れ、ストロークし、パワートレイン１２２８を次第に移動させ始める。定常状態に達した後、トルクの増大が必要な場合、システムはエンジンが１２０７を通じて生成するトルクの上の１２１０を通じて再び流体モータトルクを導入することができる。

いくつかの例では、定常状態駆動モードに達した後、弁１２１８は継ぎ手１２０４によってポンピングに抵抗する選択を行う。継ぎ手１２０４は漏れを除いてほぼ係止し、ポンプ１２０８はストロークオフする。このモードでは、入力１２０２は出力１２０７に、ひいては変速機１２２８に係止され、流体システムの非効率性は実質的に低減または排除される。さらに、モータポンプ１２０８に損傷を負わせるリスクが低減される。

したがって、変速機１２２８の受けるピークの過渡的力の低減など、いくつかの利点が実現される。ピークの過渡的力はエンジンを変速機１２２８およびポンプ１２０８から分離する継ぎ手１２０４によって低減されて、次第に変速機１２２８に戻される。システムが調節可能であるため、車両は段数を低減したより簡易な変速機で動作することができる。このような変速機はより安価であり、修理し易く、軽量であり、複雑でないために故障の可能性が低い。

図１４は、いくつかの実施形態に係る回生制動動作モードでのトルク増幅器を示す。本実施形態では、継ぎ手は係合または非係合とすることができる。ポンプモータ１２０８は、車両の減速中に生成される流体をアキュムレータ１２２０内に方向付けるようにポンピングモードへとストロークされる。アキュムレータが満杯の場合、ポンプは流体を逃し弁上に押し進めるために使用することができる、あるいは任意でポンピングをストロークオフすることができる。種々の例において、車輪ブレーキが停止をアシストするのに使用される。いくつかの追加例では、継ぎ手１２０４が係合されてエンジンの制動を可能にする。

図１５は、いくつかの実施形態に係る回生制動動作モードでのトルク増幅器を示す。本例では、車両の減速中に蓄積されるエネルギーなどの、アキュムレータ１２２０に蓄積されるエネルギーが、車両を加速するために使用される。弁１２１８が調節され、ポンプモータがモータモードにストロークされて車両を推進させる。このモードでは、継ぎ手１２０４が係合しており、流体１２１６からの抵抗が継ぎ手１２０４を略係止する大きさに達するまで流体を送出する。流体１２１６は、弁１２１８の調節を通じてこのような圧力に達することができる。さらに、流体１２１６は、ポンプモータ１２０８が推進に対する高抵抗を受ける際に上記圧力に達することができる。

図１６は、いくつかの実施形態に係る第１の動作モードでのトルク増幅器を示す。本実施形態は、トルク源１２０２と変速機１２２８との回転比を１対１以外の比になるように変更する任意の歯車セット１２５０を示す。

図１７は、いくつかの例に係るトルク増幅器を含む車両を示す。同図は一つの可能な構成を表しており、違う構造も採り得る。流体継ぎ手１２０４を変速機の前に配置することによって、たとえばポンプモータが変速機１２２８と車軸用の差動装置との間にあるときのように、流体ポンプまたはポンプモータが下流１２４０にある構成に比べて、より動作的なモードが可能となる。

システム１２００の一つの利点は、ダンプボックスなどの付属品を駆動するために流体１２１６を任意で使用することができる点である。これにより、これらのシステムでは、付属品を駆動させるのに送出される流体を提供するために車両が移動していなければならないため、ポンプ１２０８が変速機とパワートレインの残りの部分との間にある設計が改良される。本例では、弁によって、継ぎ手は流体を送出させて付属品を駆動することができる。システム１２００のもう一つの利点は、定常状態駆動モードにおいて、システムは流体ノイズを生じさせないので、オペレータは不快なノイズとしてみなされることの多い音を聞かずに済む。

図１８は、いくつかの実施形態に係る電気モータによって最終的に駆動される負荷を示す。システム１８００は、ＡＣ誘導モータなどのモータ１８０４に電力を供給するグリッド電力１８０２を含む。モータ１８０４は流体継ぎ手１８０６に連結されて、入力トルクを供給する。本明細書で述べるように、流体継ぎ手１８０６はポンプ１８０８と協働して、トルクをパワートレイン１８１０に次第に導入することによって、負荷１８１２に対して作動する。このような構成は、変速機またはそれより大きく、高額な多段速度モータを用いた設計に比べてシステム１８００の複雑さを低減する。

図１９Ａは、一例に係るローラ先端を含む羽根の斜視図である。図１９Ｂは図１９Ａの底面図である。図１９Ｃは図１９Ａの上面図である。図１９Ｄは図１９Ａの正面図である。図１９Ｅは図１９Ａの側面図である。図１９Ｆは、１９Ｆ−１９Ｆ線に沿った断面の図１９Ｂの斜視図である。図１９Ｇは図１９Ｆの底面図である。羽根１９０２は羽根１９０４が配置されるジャーナル１９０３を含む。いくつかの任意の構造では、ポート１９０６は羽根の底部からジャーナル１９０３に向かって延びており、たとえば羽根を円滑にするために、羽根ポンプ内で羽根のバランスを取るために、および／または羽根１９０４を支持する流体力学軸受けを提供するために、羽根に作動流体を供給する。

本詳細な説明は、本主題を実施可能な特定の側面および実施形態を例示して図示する添付図面における主題に関する。これらの実施形態は、当業者が本主題を実行できるように十分詳細に説明される。本開示における「一」、「一つ」、および「種々の」実施形態の言及は必ずしも同一の実施形態に言及するものではなく、二つ以上の実施形態を企図する。したがって、本詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、その範囲は添付の請求項、ならびに上記請求項が権利を付与される法的等価物の全範囲によって定義される。

本願は、本主題の適合または変形を包含することを目的とする。上記説明は例示的であり限定的ではないことを目的とすると理解すべきである。本主題の範囲は、添付の請求項、ならびに上記請求項が権利を付与される法的等価物の全範囲を参照して決定されるべきである。

本願は、本主題の適合または変形を包含することを目的とする。上記説明は例示的であり限定的ではないことを目的とすると理解すべきである。本主題の範囲は、添付の請求項、ならびに上記請求項が権利を付与される法的等価物の全範囲を参照して決定されるべきである。
最後に、以上の記載から把握できる技術的思想について以下に記載する。
［付記１］
チャンバーを画定する本体の一方を回転させるように連結される入力軸であって、前記本体は入口と連通しており、前記チャンバー内には回転群が配置される、前記入力軸と、
前記本体の他方と前記回転群とを回転させるように連結される出力軸と
を備えるシステムであって、前記回転群は、
前記チャンバー内の軸を中心に回転するロータであって、前記ロータは、ロータの外側に沿って前記軸と平行に延びて且つ前記チャンバーに対して開放される第１のスロットと、前記第１のスロットに対向して且つ前記チャンバーに対して開放される第２のスロットとを画定しており、前記第１のスロットと流体連通するリテーナ経路をさらに画定する前記ロータと、
前記第１のスロットに配置される第１の羽根と、
前記第２のスロットに配置される第２の羽根と、
羽根退避動作モードにおいて前記第１の羽根を保持するために且つ羽根拡張動作モードにおいて前記第１の羽根を解放するために前記リテーナ経路に配置される流体制御リテーナであって、前記第１の羽根および前記第２の羽根が前記本体に対して移動すると、前記第１の羽根および前記第２の羽根は、前記本体に接触して流体に対し流体作動するように拡張する、前記流体制御リテーナとを備え、
前記入力及び前記出力は、前記羽根拡張動作モードにおいては一緒に回転するように連結され、前記入力及び前記出力は、前記羽根退避動作モードにおいては互いに自由に回転する、システム。
［付記２］
前記リテーナはボールである、付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記入力軸に連結されるトルク源と、
前記出力軸に連結されるパワートレインと、
前記パワートレインに連結される出力軸を有する流体ポンプモータと
を備え、前記流体ポンプモータは、流体継ぎ手の吐出圧と流体連通するポンプモータ入口を有し、ポンプモータは、流体継ぎ手の入口から流体を受け取って前記羽根拡張動作モードで前記出力軸を推進する、付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記トルク源は内燃機関を備える、付記３に記載のシステム。
［付記５］
前記トルク源は電気モータを備える、付記３に記載のシステム。
［付記６］
前記本体の出口は逃し弁と流体連通している、付記１に記載のシステム。
［付記７］
前記逃し弁は、前記羽根拡張動作モードにおいて前記回転群を前記本体に対して回転させて前記逃し弁を通って油を送出するように、過負荷トルクと関連付けられている、付記６に記載のシステム。
［付記８］
羽根ポンプの入力をトルク源に連結し、出力を駆動負荷に連結することと、
羽根ポンプの本体およびロータのうちの一方に連結される羽根ポンプの入力が羽根ポンプの本体およびロータのうちの他方ならびに羽根ポンプの出力に対して自由に回転するように、羽根ポンプの回転群へのパイロット信号圧力を調節して羽根退避動作モードにおいて羽根を固定することと、
羽根ポンプの入力が羽根ポンプの本体およびロータのうちの前記他方ならびに羽根ポンプの出力を駆動するように、前記パイロット信号圧力を調節して羽根拡張動作モードにおいて羽根を固定することと
を含む方法。
［付記９］
羽根ポンプの過負荷に応答して回転群に油を送出することを含む、付記８に記載の方法。
［付記１０］
油の送出は、逃し弁を通って油を送出することを含む、付記９に記載の方法。
［付記１１］
羽根ポンプの過負荷と関連付けられる過負荷トルクを選択するために、前記逃し弁を選択することをさらに含む、付記１０に記載の方法。
［付記１２］
羽根ポンプが拡張動作モードにある回生制動モードにおいて、アキュムレータに流体圧力を蓄積することを含み、羽根ポンプの出力は前記駆動負荷によって駆動される、付記８に記載の方法。
［付記１３］
前記アキュムレータが満杯のときには羽根ポンプによって生成される圧力を逃し弁を通って放出させることを含む、付記１２に記載の方法。
［付記１４］
前記回生制動モードの後、前記アキュムレータに蓄積された流体圧力を用いて、羽根ポンプで前記駆動負荷を駆動することを含む、付記１２に記載の方法。
［付記１５］
駆動負荷トルクが前記トルク源からのトルクと前記羽根ポンプからのトルクとを含むように、羽根拡張モードにおいて前記駆動負荷を駆動することを含む、付記８に記載の方法。

Claims

チャンバーを画定する本体の一方を回転させるように連結される入力軸であって、前記本体は入口と連通しており、前記チャンバー内には回転群が配置される、前記入力軸と、
前記本体の他方と前記回転群とを回転させるように連結される出力軸と
を備えるシステムであって、前記回転群は、
前記チャンバー内の軸を中心に回転するロータであって、前記ロータは、ロータの外側に沿って前記軸と平行に延びて且つ前記チャンバーに対して開放される第１のスロットと、前記第１のスロットに対向して且つ前記チャンバーに対して開放される第２のスロットとを画定しており、前記第１のスロットと流体連通するリテーナ経路をさらに画定する前記ロータと、
前記第１のスロットに配置される第１の羽根と、
前記第２のスロットに配置される第２の羽根と、
羽根退避動作モードにおいて前記第１の羽根を保持するために且つ羽根拡張動作モードにおいて前記第１の羽根を解放するために前記リテーナ経路に配置される流体制御リテーナであって、前記第１の羽根および前記第２の羽根が前記本体に対して移動すると、前記第１の羽根および前記第２の羽根は、前記本体に接触して流体に対し流体作動するように拡張する、前記流体制御リテーナとを備え、
前記入力及び前記出力は、前記羽根拡張動作モードにおいては一緒に回転するように連結され、前記入力及び前記出力は、前記羽根退避動作モードにおいては互いに自由に回転する、システム。
前記リテーナはボールである、請求項１に記載のシステム。
前記入力軸に連結されるトルク源と、
前記出力軸に連結されるパワートレインと、
前記パワートレインに連結される出力軸を有する流体ポンプモータと
を備え、前記流体ポンプモータは、流体継ぎ手の吐出圧と流体連通するポンプモータ入口を有し、ポンプモータは、流体継ぎ手の入口から流体を受け取って前記羽根拡張動作モードで前記出力軸を推進する、請求項１に記載のシステム。
前記トルク源は内燃機関を備える、請求項３に記載のシステム。
前記トルク源は電気モータを備える、請求項３に記載のシステム。
前記本体の出口は逃し弁と流体連通している、請求項１に記載のシステム。
前記逃し弁は、前記羽根拡張動作モードにおいて前記回転群を前記本体に対して回転させて前記逃し弁を通って油を送出するように、過負荷トルクと関連付けられている、請求項６に記載のシステム。
羽根ポンプの入力をトルク源に連結し、出力を駆動負荷に連結することと、
羽根ポンプの本体およびロータのうちの一方に連結される羽根ポンプの入力が羽根ポンプの本体およびロータのうちの他方ならびに羽根ポンプの出力に対して自由に回転するように、羽根ポンプの回転群へのパイロット信号圧力を調節して羽根退避動作モードにおいて羽根を固定することと、
羽根ポンプの入力が羽根ポンプの本体およびロータのうちの前記他方ならびに羽根ポンプの出力を駆動するように、前記パイロット信号圧力を調節して羽根拡張動作モードにおいて羽根を固定することと
を含む方法。
羽根ポンプの過負荷に応答して回転群に油を送出することを含む、請求項８に記載の方法。
油の送出は、逃し弁を通って油を送出することを含む、請求項９に記載の方法。
羽根ポンプの過負荷と関連付けられる過負荷トルクを選択するために、前記逃し弁を選択することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
羽根ポンプが拡張動作モードにある回生制動モードにおいて、アキュムレータに流体圧力を蓄積することを含み、羽根ポンプの出力は前記駆動負荷によって駆動される、請求項８に記載の方法。
前記アキュムレータが満杯のときには羽根ポンプによって生成される圧力を逃し弁を通って放出させることを含む、請求項１２に記載の方法。
前記回生制動モードの後、前記アキュムレータに蓄積された流体圧力を用いて、羽根ポンプで前記駆動負荷を駆動することを含む、請求項１２に記載の方法。
駆動負荷トルクが前記トルク源からのトルクと前記羽根ポンプからのトルクとを含むように、羽根拡張モードにおいて前記駆動負荷を駆動することを含む、請求項８に記載の方法。